矿用带式输送机减速机断轴分析

李嘉麒

（同煤集团王村煤业公司综采二队，山西 大同 037003）

王村煤矿带式输送机的减速机连接轴常出现断裂情况，必须停机进行维修更换，降低了主煤运输系统的工作效率。2017年7月5日运行值班员在P2A皮带机头部听见运行中的皮带电动机振动突然增大，随后检修人员发现减速机输入轴断裂，约20mm长。技术部门为彻底解决减速机断轴故障，从减速机连接轴的材质、安装、受力等方面进行深入分析，力求找到连接轴发生断裂的原因，从而有针对性地提出改进措施，提高连接轴在正常状态下的使用寿命，实现主运煤系统的高效安全运行。

1 对减速机断轴进行技术分析

王村煤矿带式输送机减速机采用进口原装优质硬齿面产品，采用强制外冷却方式。弹性节液力耦合器具有良好的缓冲性和较低的过载系数，与电动机配合既可以确保皮带机的满载启动，还能满足皮带在不同工况下安全运行而不增加皮带张力的要求。带式输送机电机、弹性节液力耦合器、减速器的装配图如图1所示。

图1 带式输送机电机和减速器装配图

1.1 断轴的理化分析

金属化学成分光谱分析仪对断轴进行化学成分的检测分析。检测结果表明：铁元素含量为96.8%，铬元素含量为1.35%，铝、硫、磷、镍、碳、锰、硅、铜元素含量均在0.04%以下。该检测数据表明断轴的化学成分符合国家高承载力输入轴的材质标准。

1.2 探伤检测制造缺陷

采用超声波无损检测探伤技术对减速机断轴的内部结构进行探伤检测，检测结果表明在该断轴内没有夹砂、裂纹等加工、铸造缺陷的存在，因此可以排除铸造过程中的内部缺陷而导致的断轴。

1.3 对断口进行分析

对减速机断轴的断口的形状和位置进行观察分析发现，断裂点位于一个轴承的中部，其断面形态为贝壳形，初步判定断轴的断口为疲劳断裂，约50mm宽的外圈存在裂纹扩展区，Φ300mm以内区域为瞬断区，其校核设计的疲劳强度远高于实际运行强度。对40Cr钢进行化学分析后，成分均在规定范围之内。从断轴的不同截面取样，拉伸试验及金相检验结果表明，脆性夹杂物为3.5级及4级，超过规定标准，金相组织为10%～20%体积分数的铁素体+珠光体，未达到全部索氏体组织；低倍组织检验结果表明在横截面上存在大量疏松，在轴的3/4R处疏松密集，形成50mm宽的疏松带。这表明早期断轴的原因为材料冶金质量和淬透性不足。

1.4 相关应力参数的分析

为对带式输送机传动参数进行分析并设定，通过对中点分度圆切向力、变速轴的输出力矩、径向剪应力、轴向拉应力以及断裂点的应力数值分析，结果发现，该减速机传动系统在工作时，断裂点受到很大的拉应力，使减速轴偏离中心位置，进而产生较大的剪应力，拉应力与剪应力反复叠加在减速轴上成为了疲劳应力，导致连接轴的断裂。

1.5 液力耦合器的工作状态分析

（1）弹性节液力耦合器自重较大，在以往的安装中安装位置在减速机端。该工作状态使得减速轴受到较大的径向应力，并且作用在减速机的输出端，结果导致了连接轴的受力不均衡，动平衡差，在该状态下容易发生断轴故障。（2）在电机、弹性节液力耦合器与连接轴进行装配时存在较大的装配误差，耦合器与连接轴同心度差，连接轴自身具有的应力会加速剪应力的增加，导致连接轴的快速断裂。

2 改进措施分析

针对王村煤矿皮带减速机断轴故障发生的原因，该矿采取了以下的改进技术措施。

（1）提高设备装配的精密度。在减速机安装时，采用百分表对电机、液力耦合器、联轴器的中心线进行校核，保障三者都处在同一中心线上，同轴度误差必须控制在±0.01mm内，防止自身附加应力的产生而加速剪应力的增加。

（2）带式输送机的频繁启停也会对减速轴产生额外的冲击应力，在皮带机重载作业期间必须保持工作的连续性，不要随意地对设备进行启停。

（3）将弹性节液力耦合器的安装位置调整到电机输出轴一侧，可以使电机输出轴承载力和减速轴承载力均匀分布在连接轴上，该措施可以减少连接轴的受力情况，降低连接轴断裂故障发生的可能性。

（4）加强对减速机及连接轴的检查和维修保养，并定期更换润滑油，让连接轴处在顺畅的转动状态。当设备出现振动过大或是噪音过大等异常状况时，需要及时停机检修，排除异响后再继续工作。

3 改造效果分析

经过以上优化改造后，王村煤矿皮带减速机的传动系统在实践应用过程中整体运行稳定，运行期间噪音大幅度降低，无连接轴断裂的故障发生，保障了主运输系统的工作的顺利进行。本次减速机断轴项目的成功改造，消除了减速机断轴现象的发生，大大降低了皮带机停机检修的次数，保障了主运输系统的安全运行，为企业创造了较好的安全效益和经济效益。

4 结语

本文以王村煤矿皮带机断轴为研究对象，采用多种技术对该减速机断轴故障进行全方面的分析，确定了断轴的主要原因是液力耦合器安装位置不当和装配精度不够。针对以上情况进行了优化调整，提高了设备装配的精密度，降低了皮带机重载下的启停次数，调整了液力耦合器的安放位置，制定了合理的维修保养方案。实践应用证明该优化技术措施消除了断轴故障，提高了皮带机的工作效率，实现主运煤系统的高效安全运行。